[發(fā)明專利]一種通過磁場控制α-Ga2

有效

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• 申請日: 2021-03-12
• 公開（公告）號: CN113088926B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發(fā)明（設計）人: 李延彬;吳憂;張樂;魏帥;王忠英;邵岑;康健;陳浩
• 申請（專利權）人: 江蘇師范大學
• 主分類號: C23C16/40
• 分類號: C23C16/40;C23C16/448;C23C16/52
• 代理公司: 北京淮海知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 32205
• 代理人: 李妮

一種通過磁場控制α?Ga₂O₃摻雜濃度的薄膜沉積系統(tǒng)及方法，薄膜化學式為Ga_(2?x)R_xO₃，0.02≤x≤0.20，x為R³⁺摻雜Ga³⁺位的原子百分含量，R為Fe、Co、Ni中的一種；該系統(tǒng)包括電磁鐵、液位控制裝置、反應腔、霧化裝置、尾氣處理裝置，電磁鐵固定在反應腔右端，液位控制裝置與霧化裝置相連，反應腔內放置有襯底，反應腔一端與霧化裝置連通、另一端與尾氣處理裝置連通；霧化裝置內盛放有前驅體溶液，霧化裝置頂端通過載氣控制系統(tǒng)與載氣瓶相連。本發(fā)明通過加裝電磁鐵，使摻雜的磁性粒子吸附至反應腔體右端，通過控制電磁鐵功率來控制沉積在襯底上的磁性離子濃度，實現(xiàn)實時控制薄膜中的摻雜濃度。

技術領域

本發(fā)明涉及半導體材料制備領域，具體涉及一種通過磁場控制α-Ga₂O₃摻雜濃度的薄膜沉積系統(tǒng)及方法。

背景技術

Ga₂O₃是一種超寬禁帶半導體材料，因其穩(wěn)定的物理化學性能和低介電常數(shù)而受到越來越多的關注。眾所周知，Ga₂O₃已發(fā)現(xiàn)六種晶相，包括五種穩(wěn)定相的α-Ga₂O₃、β-Ga₂O₃、γ-Ga₂O₃、δ-Ga₂O₃、ε-Ga₂O₃和一種瞬態(tài)相的κ-Ga₂O₃，這幾種晶相可以在一定條件下相互轉化，其中β- Ga₂O₃為熱力學最穩(wěn)定的相，呈剛玉結構的α-Ga₂O₃是一個重要的相，其帶隙約為5.3eV，巴利加優(yōu)值(BFOM)是β-Ga₂O₃的3倍，因此，α-Ga₂O₃在未來的電力設備應用方面有著更大的應用潛力。另外，α-Ga₂O₃具有優(yōu)良的化學穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和擊穿場強大等優(yōu)點，在深紫外透明導電薄膜、紫外探測器、半導體功率器件、自旋電子器件、氣敏傳感器等領域有廣闊的應用前景。

目前，已經(jīng)報道了很多制備Ga₂O₃薄膜的方法。例如：(1)金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)；(2)分子束外延法(MBE)；(3)原子層沉積(ALD)；(4)鹵化物氣相外延(HVPE)等。上述方法生長氧化鎵時需要在真空環(huán)境中進行，而且設備復雜、生長周期長。相對而言Mist-CVD設備可以在常壓環(huán)境下進行薄膜制備，且具有高速沉積的優(yōu)點，設備制造成本低、操作簡單安全，工業(yè)兼容性較好。

具有穩(wěn)定電學特性的高質量α-Ga₂O₃薄膜是制作性能優(yōu)良的器件基礎。然而，Mist-CVD 方法制備的α-Ga₂O₃薄膜一直呈絕緣性，因此，需要引入摻雜劑來控制α-Ga₂O₃的n型電導率。目前對α-Ga₂O₃薄膜進行不同濃度摻雜實驗時，需要提前配好摻雜所需的不同濃度的源溶液，尚無法實現(xiàn)對摻雜濃度的實時控制；而且實驗中如果配好的某個濃度的源溶液沒有用完，又計劃進行其他摻雜濃度的薄膜生長時，會造成既定濃度源溶液的浪費。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種通過磁場控制α-Ga₂O₃摻雜濃度的薄膜沉積系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)及方法能控制沉積在襯底上的磁性離子濃度，實現(xiàn)實時控制薄膜中的摻雜濃度。